定向背光源制造技术

本发明专利技术提供了一种可包括波导的定向显示器。所述波导可包括：光提取特征，所述光提取特征被布置成使来自光源阵列的光通过全内反射导向到观察窗阵列；以及反射器，所述反射器被布置成使来自所述波导的光通过透射穿过所述波导的提取特征导向到相同的观察窗阵列。包括空间光调制器和视差元件的另一空间多路复用显示设备，被布置成与来自所述波导的照明配合。这样就可得到具有低串扰和高分辨率的高效且明亮的自动立体显示系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用：本专利申请涉及并要求2014年3月21日提交的名称为“Directional backlight”(定向背光源)的共同转让的美国临时专利申请No.61/968,935(代理人参考号：371000)的优先权，其全文以引用方式并入本文。另外，本专利申请涉及：2011年11月18日提交的名称为“Directional flat illuminators”(定向扁平式照明器)的美国专利申请No.13/300,293(代理人参考号95194936.281001)；2013年10月2日提交的名称为“Temporally multiplexed display with landscape and portrait operation modes”(具有横向操作模式和纵向操作模式的时间多路复用显示器)的美国专利申请No.14/044,767(代理人参考号95194936.339001)；2013年12月20日提交的名称为“Superlens component for directional display”(用于定向显示器的超透镜组件)的美国专利申请No.14/137,569(代理人参考号95194936.351001)；2014年2月21日提交的名称为“Directional backlight”(定向背光源)的美国专利申请No.14/186,862(代理人参考号95194936.355001)；以及2013年5月17日提交的名称为“Control system for a directional light source”(用于定向光源的控制系统)的美国专利申请No.13/897191(代理人参考号95194936.362001)，这些专利申请全文均以引用方式并入本文。
本专利技术整体涉及光调制装置的照明，并且更具体地讲，涉及用于从局部光源提供大面积照明的光导，以便在2D、3D和/或自动立体显示装置中使用。
技术介绍
空间多路复用自动立体显示器通常使视差组件(诸如透镜状屏幕或视差屏障)与图像阵列对准，所述图像阵列被布置成在空间光调制器(例如LCD)上的至少第一组像素和第二组像素。视差组件将来自该像素组中的每个的光导向至不同的相应方向，以在显示器前面提供第一观察窗和第二观察窗。观察者将眼睛置于第一观察窗中用来自第一组像素的光可看到第一图像；而将眼睛置于第二观察窗中用来自第二组像素的光可看到第二图像。与空间光调制器的原始分辨率相比，此类显示器具有降低的空间分辨率，并且此外，观察窗的结构由像素孔形状和视差组件成像功能决定。像素之间的间隙(例如对于电极而言)通常产生不均匀的观察窗。不期望的是，当观察者相对于显示器横向移动时，此类显示器呈现图像闪烁，因此限制了显示器的观察自由度。此类闪烁可通过使光学元件散焦而减少；然而，此类散焦导致图像串扰程度加大并增加观察者的视觉疲劳。可通过调整像素孔的形状来减少此类闪烁，然而此类改变可降低显示器亮度并且可包括对空间光调制器中的电子器件进行寻址。作为空间多路复用显示器替代形式，时间多路复用显示器可包括定向背光源，诸如专利申请序列13/300,293中所述，该专利申请全文以引用方式并入本文。由于背光源的波导组件排布为实现高度的空间和角度均匀性而产生了散射，此类时间多路复用显示器可产生不期望的串扰。另外，需要快速切换空间光调制器，因而增加了成本和复杂度。快速切换空间光调制器中的时间串扰还可降低图像串扰。在2D操作中，比起常规广角背光源，此类定向背光源也可实现高效照明和高亮度。可能可取的是使用定向背光源可减少自动立体显示器的串扰，同时维持在2D操作模式下高效率和高亮度的优点。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，一种定向显示装置可包括定向背光源，所述定向背光源包括：波导，所述波导包括用于沿所述波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面，以及光源阵列，所述光源阵列被布置成在跨所述波导的横向方向上的不同输入位置处生成输入光，其中所述第二引导表面被布置成通过所述第一引导表面将被引导穿过所述波导的光偏转到所述波导外，来作为输出光，并且其中所述波导被布置成在输出方向上将所述输出光导向到光学窗中，所述输出方向分布在取决于所述输入光的所述输入位置的横向方向上；包括像素阵列的透射空间光调制器，所述像素阵列被布置成接收来自所述波导的所述输出光并且对其进行调制，以便显示图像；以及与所述空间光调制器串联的视差元件，所述视差元件被布置成将来自所述空间光调制器的像素的光导向到观察窗中。通过与视差屏障显示器比较的方式，定向背光源可提供高分辨率和较小的厚度。然而，已了解到，为实现用于显示用途的期望特性，可通过将定向背光源的光学窗输出与包括透射式空间光调制器和视差元件的空间多路复用显示器的观察窗组合来实现图像串扰的大量减少。这样的显示器针对自动立体显示用途实现较高的舒适性并使在双视图显示系统的图像之间的重影减少。可实现高图像对比度和可见度以用于高照度环境诸如户外。对于所需的显示器亮度，针对自动立体且2D的广角操作模式，可相较于非定向背光源提供减少的显示器能耗。高空间和角度均匀性可以在广角且定向的操作模式下实现。视差元件可为视差屏障或可为透镜阵列。透镜阵列可为液晶透镜阵列。视差元件可控制来选择观察窗的位置。视差元件是液晶屏障元件阵列。视差元件可为包括屏障元件阵列的视差屏障，所述屏障元件阵列可控制来阻挡或透射光，并且由此选择所述观察窗的位置。视差元件可为渐变折射率液晶透镜阵列。包括液晶透镜阵列的定向显示装置还可包括偏振切换元件，所述偏振切换元件被布置成使所述液晶透镜阵列的至少部分在透射操作模式与透镜操作模式之间切换。可将定向背光显示器的观察窗的光学质量提供用于轴外观察位置，并可获得可切换的2D-3D操作。由定向背光源提供的光学窗和由视差元件提供的观察窗相对彼此成非零锐角而延伸。非零锐角可为范围为从25至65度、从30至60度、从35至55度、或从40至50度的角度。可实现可在横向操作和纵向操作中提供高效自动立体操作的显示器。视差元件和空间光调制器可配合以产生具有不均匀横向窗照度分布的观察窗，并且定向背光源可布置成产生具有不均匀横向窗亮度分布的光学窗并对观察窗的横向窗亮度分布的不均匀性进行补偿。定向背光源还可包括透射元件，所述透射元件被设置在光源上方并且具有在横向方向上变化的透射率，以便提供定向背光源产生的光学窗的不均匀横向窗亮度分布。针对相对于显示器移动的观察者的显示闪烁可减少，同时达到期望图像串扰水平。所述第一引导表面可被布置成通过全内反射来引导光，并且所述第二引导表面可包括多个光提取特征和中间区域，所述多个光提取特征被取向为在允许作为所述输出光穿过所述第一引导表面离开的方向上导向被引导穿过所述波导的光，所述中间区域位于所述光提取特征之间并且被布置用于引导光穿过所述波导。所述第二引导表面可具有阶梯形状，所述阶梯形状包括作为所述光提取特征的小平面以及中间区域。定向背光源还可包括后反射器，所述后反射器包括反射小平面的线性阵列，其中反射小平面被布置成使来自光源的透射穿过波导的多个小平面的光反射回穿过所述波导，以离开穿过第一引导表面进入所述光学窗。光提取特征在波导的横向方向上可具有正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向显示装置，所述定向显示装置包括：定向背光源，所述定向背光源包括：波导，所述波导包括相对的第一引导表面和第二引导表面，用于沿所述波导引导输入光，以及光源阵列，所述光源阵列被布置成在跨所述波导的横向方向上的不同输入位置处产生所述输入光，其中所述第二引导表面被布置成通过所述第一引导表面将被引导穿过所述波导的光偏转到所述波导外，来作为输出光，并且所述波导被布置成在输出方向上将所述输出光导向进入光学窗，所述输出方向分布在横向方向中，取决于所述输入光的输入位置；透射空间光调制器，所述透射空间光调制器包括像素阵列，所述像素阵列被布置成接收来自所述波导的所述输出光并且对所述输出光进行调制，以便显示图像；以及与所述空间光调制器串联的视差元件，所述视差元件被布置成将来自所述空间光调制器的像素的光导向到观察窗中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 US 61/968,9351.一种定向显示装置，所述定向显示装置包括：定向背光源，所述定向背光源包括：波导，所述波导包括相对的第一引导表面和第二引导表面，用于沿所述波导引导输入光，以及光源阵列，所述光源阵列被布置成在跨所述波导的横向方向上的不同输入位置处产生所述输入光，其中所述第二引导表面被布置成通过所述第一引导表面将被引导穿过所述波导的光偏转到所述波导外，来作为输出光，并且所述波导被布置成在输出方向上将所述输出光导向进入光学窗，所述输出方向分布在横向方向中，取决于所述输入光的输入位置；透射空间光调制器，所述透射空间光调制器包括像素阵列，所述像素阵列被布置成接收来自所述波导的所述输出光并且对所述输出光进行调制，以便显示图像；以及与所述空间光调制器串联的视差元件，所述视差元件被布置成将来自所述空间光调制器的像素的光导向到观察窗中。2.根据权利要求1所述的定向显示装置，其中所述视差元件是视差屏障。3.根据权利要求1所述的定向显示装置，其中所述视差元件是透镜状阵列。4.根据权利要求3所述的定向显示装置，其中所述视差元件是液晶透镜状阵列。5.根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中所述视差元件可控制来选择所述观察窗的位置。6.根据权利要求2所述的定向显示装置，其中所述视差元件是液晶屏障元件阵列。7.根据权利要求5或6所述的定向显示装置，其中所述视差元件是包括屏障元件阵列的视差屏障，所述屏障元件阵列可控制来阻挡或透射光，并且由此选择所述观察窗的位置。8.根据权利要求6所述的定向显示装置，其中所述视差元件是渐变折射率液晶透镜状阵列。9.根据权利要求4所述的定向显示装置，还包括偏振切换元件，所述偏振切换元件被布置成使所述液晶透镜状阵列的至少部分在透射操作模式与透镜操作模式之间切换。10.根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中由所述定向背光源提供的所述光学窗和由所述视差元件提供的所述观察窗相对于彼此以非零锐角延伸。11.根据权利要求10所述的定向显示装置，其中所述非零锐角是范围为从25度至65度、从30度至60度、从35度至55度、或从40度至50度的角度。12.根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中所述视差元件和所述空间光调制器配合以产生具有不均匀横向窗亮度分布的观察窗，并且所述定向背光源被布置成产生具有不均匀横向窗亮度分布的光学窗，并对所述观察窗的所述横向窗亮度分布的不均匀度进行补偿。13.根据权利要求12所述的定向显示装置，其中所述定向背光源还包括透射元件，所述透射元件被设置在所述光源上方，并且具有在横向方向上变化的透射率，以便提供所述定向背光源产生的所述光学窗的不均匀横向窗亮度分布。14.根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中所述第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光，并且所述第二引导表面包括多个光提取特征和中间区域，所述光提取特征被取向为在允许作为所述输出光穿过所述第一引导表面离开的方向上导向被引导穿过所述波导的光，所述中间区域位于所述光提取特征之间并且被布置成将光引导穿过所述波导。15.根据权利要求14所述的定向显示装置，其中所述第二引导表面具有阶梯形状，所述阶梯形状包括作为所述光提取特征的小平面以及所述中间区域。16.根据权利要求15所述的定向显示装置，其中所述定向背光源还包括后反射器，所述后反射器包括反射小平面的线性阵列，所述反射小平面被布置成使来自所述光源的、透射穿过所述波导的多个小平面的光反射回穿过所述波导，以穿过所述第一引导表面离开而进入所述光学窗。17.根据权利要求14至16中任一项所述的定向显示装置，其中所述光提取特征在所述横向方向上具有正光焦度。18.根据权利要求1至13中任一项所述的定向显示装置，其中所述第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光，并且所述第二引导表面是基本平坦的，并以一定角度倾斜以在打破所述全内反射的方向上来导向光，以便穿过所述第一引导表面来输出光，并且所述显示装置还包括跨所述波导的所述第一引导表面延伸的偏转元件，以用于使光朝所述第一引导表面的法线偏转。19.根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置，其中所述波导还包括反射端，所述反射端用于将输入光反射回穿过所述波导，所述第二引导表面被布置成将光在从所述反射端反射后作为输出光偏转穿过所述第一引导表面。20.根据权利要求19所述的定向显示装置，其中所述反射端在所述横向方向上具有正光焦度。21.一种定向显示设备，所述定向显示设备包括：根据前述权利要求中任一项所述的定向显示装置；以及控制系统，所述控制系统被布置成控制所述光源以将光导向入光学窗中，供观察者观察。22.根据权利要求21所述的定向显示设备，其中所述控制系统还被布置成控制所述空间光调制器。23.根据权利要求22所述的定向显示设备，所述定向显示设备为自动立体定向显示设备，其中：所述视差元件被布置成将光从第一组空间多路复用像素和第二组空间多路复用像素导向到左眼观察窗和右眼观察窗中，以供所述观察者的左眼和右眼观察；所述控制系统被布置成控制所述空间光调制器以在所述第一组空间多路复用像素和所述第二组空间多路复用像素上显示左眼图像和右眼图像；并且所述控制系统被布置成控制所述光源以将光导向入光学窗中，使所述观察者的左眼和右眼均可观察。24.根据权利要求23所述的定向显示设备，其中所述视差元件可控制来选择所述观察窗的所述位置，并且所述控制系统还布置成控制所述视差元件以将光导向入所述左观察窗和所述右观察窗中。25.根据权利要求22所述的定向显示设备，所述定向显示设备为自动立体定向显示设备，其中：所述视差元件可控制来选择所述观察窗的所述位置；所述控制系统被布置成以时间上多路复用的方式控制所述视差元件：(a)将光从第一组空间多路复用像素和第二组空间多路复用像素导向到左眼观察窗和右眼观察窗中，以供所述观察者的左眼和右眼观察；并且(b)将光从所述第一组像素和所述第二组像素导向到反向的右眼观察窗和反向的左眼观察窗中，以供所述观察者的右眼和左眼观察，所述控制系统被布置成与控制所述视差元件同步地、以时间上多路复用的方式控制所述空间光调制器：(a)当来自所述第一组空间多路复用像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·伍德盖特，J·哈罗德，M·G·鲁宾逊，
申请(专利权)人：瑞尔D股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US